CN103428089B - 一种低压电力载波通讯网络优化方法及*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低压电力载波通讯网络优化方法及***，一种低压电力载波通讯网络优化方法，方法包括以下步骤：步骤S1：载波通信的主节点遍历一级从节点，并以一级从节点作为中继往下一级从节点下发组网命令；步骤S2：所述从节点接根据主节点下发的组网命令进行信道抢占，向所述主节点发送入网请求报文；步骤S3：所述主节点根据所述从节点发送的入网请求报文，提取所述从节点的地址及邻居信度信息并分配其网络标识，完成主节点及从节点的组网。本发明的一种低压电力载波通讯网络优化方法及***提高了网络覆盖率及网络通信质量，保证了通信网络的可靠有效性。

Description

一种低压电力载波通讯网络优化方法及***

技术领域

本发明涉及低压电力载波技术领域，尤其是涉及一种低压电力载波通讯网络优化方法及***。

背景技术

近年来，电力线载波通信作为一种未来重要的现场设备总线通信技术，已经成为通信***中新的研究热点。其中，低压配电网载波通信行业的网络技术正在飞速发展，电力载波通讯也经历了一个从集中式***向分布式、网络化***转变的发展过程。

然而，电力载波通信具有噪声干扰强且具有时变性，信号衰减大，信道容量小等固有特点，其在具体应用中还存在很多不足；而在低压配电网中，除了具有上述载波通信固有特点外，其还具有物理拓扑结构未知的特点。因而，为了提高电力线通信可靠性，一方面可以从物理层的信道估计与选择、信道编码、滤波设计、功率分配、调制/解调方式等方面来考虑之外，另一方面也可以从电力线通信的组网方式、网络模型等角度来考虑，提高网络通信效率，抗干扰能力和可靠性，这样才能适应在相对恶劣的环境中进行数据传输。

目前，主流的电力载波的组网技术一般采用中继分级的思路动态组网，以适应时变的网络环境。其虽然通过减少组网中的中继节点降低了网络中的电网谐波污染，但对于高质量的低压电力载波通讯网络***来说，该方法仍无法满足网络覆盖率大、网络通信质量高的要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：现有技术中存在的组网慢、路由搜寻效率低，网络覆盖率及网络通信质量较低。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

本发明提供一种低压电力载波通讯网络优化方法，方法包括以下步骤：

步骤S1：载波通信的主节点遍历一级从节点，并以一级从节点作为中继往下一级从节点下发组网命令，所述组网命令包括从节点进行信道抢占需要的时间以及未知节点数；

步骤S2：所述从节点接根据主节点下发的组网命令进行信道抢占，向所述主节点发送入网请求报文；

步骤S3：所述主节点根据所述从节点发送的入网请求报文，提取所述从节点的地址及邻居信度信息并分配其网络标识，完成主节点及从节点的组网。

进一步，在上述低压电力载波通讯网络优化方法中，所述步骤S3之后还包括：

步骤S4：在所述主节点内部建立一个信度值表，储存各个从节点相互之间通信的信度值，所述从节点的信度值大小决定于该从节点与其邻居节点的信噪比。

进一步，在上述低压电力载波通讯网络优化方法中，所述步骤S3之后还包括：

步骤S5：在所述主节点内部建立一个路由表，用来保存当前***的路由信息；并根据所述信度值表中各个从节点相互之间的信度，计算出所述从主节点到各个节点的最优路径，并定时更新该路由表。

进一步，在上述低压电力载波通讯网络优化方法中，所述步骤S1具体包括：

步骤S101：寻找所有直接可达的一级从节点，然后通过所述一级从节点作为中继寻找所有二级从节点，依此类推寻找到所有最后一级从节点；

步骤S102：所述主节点分别通过一级从节点作为中继下发组网命令，所述命令包括单个从节点进行信道抢占需要的时间以及未知节点数，该时间及范围根据未知节点数大小的变化而动态变化，在信道抢占需要的时间内等待接收所有节点的信道抢占消息。

进一步，在上述低压电力载波通讯网络优化方法中，所述步骤S2具体包括：

步骤S201：所述从节点根据收到的组网命令中信道抢占需要的时间及从节点数随机产生一个信道抢占时间点进行信道抢占，并向主节点发送信道抢占消息，该信道抢占消息为消息标识和节点地址；

步骤S202：所述主节点收到信道抢占消息后发送信道抢占回应消息，所述回应消息为回应消息标识和发起节点地址；

步骤S203：所述从节点收到主节点的信道抢占回应消息后，将该回应消息中的发起节点地址与本节点地址进行匹配，若匹配，则进入步骤S204；若不匹配，则所述从节点等待下一轮抢占；

步骤S204：所述从节点信道抢占成功，所述从节点向主节点发送入网请求报文，所述入网请求报文包括该从节点和已入网邻居节点的地址以及该从节点与邻居节点通信的信度值。

进一步，在上述低压电力载波通讯网络优化方法中，所述步骤S204还包括：

所述从节点同时监听其他邻居从节点与主节点的组网通信，得到该从节点与邻居节点通信的信度值，并将该邻居节点信度值保存至存储空间。

进一步，在上述低压电力载波通讯网络优化方法中，所述步骤S3具体包括：

步骤S301：所述主节点收到从节点的入网请求报文后，提取该从节点的地址及邻居信度信息，依此给该从节点被分配网络标识；

步骤S302：所述主节点发送入网应答报文，所述入网应答报文包括该从节点分配网络标识；

步骤S303：所述从节点收到所述入网应答报文后向所述主节点回应入网确认报文，所述入网确认报文包括该从节点被分配的网络标识；

步骤S304：所述从节点在空闲时刻监听其他从节点的入网确认报文，将监听到的入网确认报文中的网络标识作为自身的邻居节点网络标识，并将该邻居节点信息保存至存储空间。

进一步，在上述低压电力载波通讯网络优化方法中，所述步骤S4具体包括：

步骤S401：所述从节点空闲时间监听邻居节点的会话，根据该邻居节点和该从节点的信噪比来决定该从节点与邻居节点间信度值大小，并将具有最优信度值的邻居节点信息保存至存储空间。

步骤S402：所述从节点与主节点通信携带信度值信息，每个信度值信息包括所述从节点与周围多个邻居节点的信度；

步骤S403：在所述主节点内部建立一个信度值表，储存各个从节点相互之间通信的信度值，所述从节点的信度值大小决定于该从节点与其邻居节点的信噪比。

进一步，在上述低压电力载波通讯网络优化方法中，所述步骤S5具体包括：

步骤S501：在所述主节点内部建立一个路由表，用来保存当前***的路由信息；

步骤S502：所述主节点根据信度值表中的信度，计算出从主节点到各个从节点的最优路径，并定时更新路由表；

步骤S503：主节点通信时携带包括下行路由的消息，每到达一个从节点则将消息转发至路由中的下一个从节点，每个所述从节点向上一级父亲节点发送消息，即可实现上行通信，并将上行路由保存在该从节点中；

步骤S504：当所述从节点根据主节点指定的路由进行上行通信失败，则从邻居表中查找层级最低且信度较好的邻居节点作为下一跳节点进行上行通信；

步骤S505：当所述主节点下行通信出现异常情况，则寻找断开的节点，并将其与父节点的信度降低一定比例，重新计算路由。

本发明还提供一种低压电力载波通讯网络优化***，包括：主节点及多个从节点，所述主节点包括：组网命令发送模块及信息提取分配模块；

所述组网命令发送模块用于遍历一级从节点，并以一级从节点作为中继往下一级从节点下发组网命令，所述组网命令包括从节点进行信道抢占需要的时间以及未知节点数；

所述信息提取分配模块用于根据所述从节点发送的入网请求报文，提取所述从节点的地址及邻居信度信息并分配其网络标识，完成主节点及从节点的组网；

所述从节点包括信道抢占模块及入网请求报文发送模块；

所述信道抢占模块用于根据主节点下发的组网命令进行信道抢占；所述入网请求报文发送模块用于向所述主节点发送入网请求报文。

进一步，在上述低压电力载波通讯网络优化***中，所述主节点还包括：信度值表模块，用于建立一个信度值表，并储存各个从节点相互之间通信的信度值，所述从节点的信度值大小决定于该从节点与其邻居节点的信噪比。

进一步，在上述低压电力载波通讯网络优化***中，所述主节点还包括：路由表模块，用来保存当前***的路由信息，并根据所述信度值表中各个从节点相互之间的信度，计算出所述从主节点到各个节点的最优路径，并定时更新该路由表。

本发明的一种低压电力载波通讯网络优化方法及***通过采用信道抢占进行部分齐呼、采用动态选择超时时间的方法进行分时隙上报，并且从节点空闲时以监听邻居节点报文方式探测信道及上报该节点与邻居节点的通信可靠程度值供主节点选择路由，根据信道质量的变化动态地建立、维护、优化电力线通信网络路由，提高了网络覆盖率及网络通信质量，保证了通信网络的可靠有效性。

附图说明

图1为本发明一种低压电力载波通讯网络优化方法的硬件架构示意图；

图2为本发明一种低压电力载波通讯网络的结构示意图；

图3为本发明一种低压电力载波通讯网络优化方法的流程示意图；

图4为图3中步骤S1的具体流程示意图；

图5为图3中步骤S2的具体流程示意图；

图6为图3中步骤S3的具体流程示意图；

图7为图3中步骤S4的具体流程示意图；

图8为图3中步骤S5的具体流程示意图；

图9为本发明一种低压电力载波通讯网络优化***的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。

本发明提供一种低压电力载波通讯网络优化方法通过采用信道抢占进行部分齐呼、采用动态选择超时时间的方法进行分时隙上报，并且从节点空闲时以监听邻居节点报文方式探测信道及上报该节点与邻居节点的通信可靠程度值供主节点选择路由，根据信道质量的变化动态地建立、维护、优化电力线通信网络路由，提高了网络覆盖率及网络通信质量，保证了通信网络的可靠有效性。

请参阅图1及图2，图1为本发明一种低压电力载波通讯网络优化方法的硬件架构示意图，图2为本发明一种低压电力载波通讯网络的结构示意图。本发明的低压电力载波通讯网络优化方法硬件模块包括：载波通信的主节点1及多个从节点2，所述多个从节点2通过电力线与主节点1连接。其中，所述主节点1及多个从节点2均有唯一标识。假设通信***最大层数为m(m＞0)，最大节点数为n(n＞0)。在任意两节点的通信过程中，该节点可对信号传输的信噪比进行探测。

请参阅图3，本发明一种低压电力载波通讯网络优化方法包括以下步骤：

步骤S1：载波通信的主节点遍历一级从节点，并以一级从节点作为中继往下一级从节点下发组网命令，所述组网命令包括从节点进行信道抢占需要的时间以及未知节点数。

步骤S2：所述从节点接根据主节点下发的组网命令进行信道抢占，向所述主节点发送入网请求报文。

步骤S3：所述主节点根据所述从节点发送的入网请求报文，提取所述从节点的地址及邻居信度信息并分配其网络标识，完成主节点及从节点的组网。

本发明在所述步骤S3之后还包括：

步骤S4：在所述主节点内部建立一个信度值表，储存各个从节点相互之间通信的信度值，所述从节点的信度值大小决定于该从节点与其邻居节点的信噪比。

本发明在所述步骤S3之后还包括：

步骤S5：在所述主节点内部建立一个路由表，用来保存当前***的路由信息；并根据所述信度值表中各个从节点相互之间的信度，计算出所述从主节点到各个节点的最优路径，并定时更新该路由表。

下面结合具体实施例来进一步说明本发明的低压电力载波通讯网络优化方法。

请参阅图4及图2，本发明的步骤S1具体包括：

步骤S101：寻找所有直接可达的一级从节点，然后通过所述一级从节点作为中继寻找所有二级从节点，依此类推寻找到所有最后一级从节点。

手动将***从节点数量N设入主节点，若未设置则默认为理论最大值。设置主节点未知从节点数量为n，初值为N。

步骤S102：所述主节点分别通过一级从节点作为中继下发组网命令，所述命令包括单个从节点进行信道抢占需要的时间以及未知节点数，该时间及范围根据未知节点数大小的变化而动态变化，在信道抢占需要的时间内等待接收所有节点的信道抢占消息。

请参阅图5，本发明的步骤S2具体包括：

步骤S201：所述从节点根据收到的组网命令中信道抢占需要的时间及从节点数随机产生一个信道抢占时间点进行信道抢占，并向主节点发送信道抢占消息，该信道抢占消息为消息标识和节点地址。

其中，信道抢占消息仅仅是为了让邻居节点保持静默和让主节点此时只与该节点通信，它只包含极少的信息以完成信道抢占，抢占成功后再发送组网相关的其它报文。所述从节点收到组网命令且自身还未入网，则开始计时，计时时间为t。从命令中提取T和n，根据一定的随机算法算出n’(0＜＝n’＜＝n)，然后在n’*T/n＜t＜(n’+1)*T/n时发送信道抢占消息，内容仅包含消息标识和节点地址。

步骤S202：所述主节点收到信道抢占消息后发送信道抢占回应消息，所述回应消息为回应消息标识和发起节点地址。

步骤S203：所述从节点收到主节点的信道抢占回应消息后，将该回应消息中的发起节点地址与本节点地址进行匹配，若匹配，则进入步骤S204；若不匹配，则所述从节点等待下一轮抢占。这样通过动态选择超时时间的方法，随着未知节点的减少，相应减少了超时时间，提高了组网速度。

步骤S204：所述从节点信道抢占成功，所述从节点向主节点发送入网请求报文，所述入网请求报文包括该从节点和已入网邻居节点的地址以及该从节点与邻居节点通信的信度值。

其中，所述步骤S204还包括：所述从节点同时监听其他邻居从节点与主节点的组网通信，得到该从节点与邻居节点通信的信度值(即可靠度)，并将该邻居节点信度值保存至存储空间。其中，保存的邻居节点个数Cnt_neighbor根据实际情况调整。该信度值由邻居节点与该从节点的信噪比产生，根据监听邻居节点入网消息获得。

请参阅图6，本发明的步骤S3具体包括：

步骤S301：所述主节点收到从节点的入网请求报文后，提取该从节点的地址及邻居信度信息，依此给该从节点分配网络标识；

步骤S302：所述主节点发送入网应答报文，所述入网应答报文包括该从节点分配网络标识。

步骤S303：所述从节点收到所述入网应答报文后向所述主节点回应入网确认报文，所述入网确认报文包括该从节点被分配的网络标识；

步骤S304：所述从节点在空闲时刻监听其他从节点的入网确认报文，将监听到的入网确认报文中的网络标识作为自身的邻居节点网络标识，并将该邻居节点信息保存至存储空间。保存的Cnt_neighbor根据实际情况调整。

请参阅图7，本发明的步骤S4具体包括：

步骤S401：所述从节点空闲时间监听邻居节点的会话，根据该邻居节点和该从节点的信噪比来决定该从节点与邻居节点间信度值大小，并将具有最优信度值的邻居节点信息保存至存储空间。

步骤S402：所述从节点与主节点通信携带信度值信息，每个信度值信息包括所述从节点与周围多个邻居节点的信度。其中，考虑到***通信载荷，所述从节点与主节点通信次数和邻居节点的个数可根据实际情况调整。

步骤S403：在所述主节点内部建立一个信度值表，储存各个从节点相互之间通信的信度值，所述从节点的信度值大小决定于该从节点与其邻居节点的信噪比。

请参阅图8，本发明的步骤S5具体包括：

步骤S501：在所述主节点内部建立一个路由表，用来保存当前***的路由信息。

步骤S502：所述主节点根据信度值表中的信度，计算出从主节点到各个从节点的最优路径，并定时更新路由表。主节点每次更新路由表后需要选择合适的时间将路由信息即每个从节点的父亲节点下发至从节点。

步骤S503：主节点通信时携带包括下行路由的消息，每到达一个从节点则将消息转发至路由中的下一个从节点，每个所述从节点向上一级父亲节点发送消息，即可实现上行通信，并将上行路由保存在该从节点中。

这样将从节点空闲时间用来获取更多信道通信质量的信息，并提供给主节点作为动态路由选择的依据，以省去主动寻找路由的动作，降低了通信复杂度，提高了通信质量。

所述步骤S5还包括：

步骤S504：当所述从节点根据主节点指定的路由进行上行通信失败，则从邻居表中查找层级最低且信度较好的邻居节点作为下一跳节点进行上行通信。

步骤S505：当所述主节点下行通信出现异常情况，则寻找断开的节点，并将其与父节点的信度降低一定比例，重新计算路由。

请参阅图9，本发明还提供一种低压电力载波通讯网络优化***，包括：主节点10及多个从节点20，所述主节点10包括：组网命令发送模块102及信息提取分配模块104，所述组网命令发送模块102用于遍历一级从节点，并以一级从节点作为中继往下一级从节点下发组网命令，所述组网命令包括从节点进行信道抢占需要的时间以及未知节点数；所述信息提取分配模块104用于根据所述从节点发送的入网请求报文，提取所述从节点的地址及邻居信度信息并分配其网络标识，完成主节点及从节点的组网。

所述从节点20包括信道抢占模块201及入网请求报文发送模块202。所述信道抢占模块201用于接根据主节点下发的组网命令进行信道抢占；所述入网请求报文发送模块202连接于信道抢占模块201，用于向所述主节点发送入网请求报文。

所述主节点10还包括：信度值表模块106及路由表模块108，所述信度值表模块106用于建立一个信度值表，并储存各个从节点相互之间通信的信度值，所述从节点的信度值大小决定于该从节点与其邻居节点的信噪比；所述路由表模块108用来保存当前***的路由信息，并根据所述信度值表中各个从节点相互之间的信度，计算出所述从主节点到各个节点的最优路径，并定时更新该路由表。

相比于现有技术，本发明的一种低压电力载波通讯网络优化方法及***通过采用信道抢占进行部分齐呼、采用动态选择超时时间的方法进行分时隙上报，并且从节点空闲时以监听邻居节点报文方式探测信道及上报该节点与邻居节点的通信可靠程度值供主节点选择路由，根据信道质量的变化动态地建立、维护、优化电力线通信网络路由，提高了网络覆盖率及网络通信质量，保证了通信网络的可靠有效性。

这里本发明的描述和应用是说明性的，并非想将本发明的范围限制在上述实施例中。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下，本发明可以以其它形式、结构、布置、比例，以及用其它组件、材料和部件来实现。在不脱离本发明范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进行其它变形和改变。

Claims (8)

1.一种低压电力载波通讯网络优化方法，其特征在于，方法包括以下步骤：

步骤S1：载波通信的主节点遍历一级从节点，并以一级从节点作为中继往下一级从节点下发组网命令，所述组网命令包括从节点进行信道抢占需要的时间以及未知节点数；

步骤S2：所述从节点接根据主节点下发的组网命令进行信道抢占，向所述主节点发送入网请求报文；

步骤S3：所述主节点根据所述从节点发送的入网请求报文，提取所述从节点的地址及邻居信度信息并分配其网络标识，完成主节点及从节点的组网；

所述步骤S2具体包括：

步骤S201：所述从节点根据收到的组网命令中信道抢占需要的时间及从节点数随机产生一个信道抢占时间点进行信道抢占，并向主节点发送信道抢占消息，该信道抢占消息为消息标识和节点地址；

步骤S202：所述主节点收到信道抢占消息后发送信道抢占回应消息，所述回应消息为回应消息标识和发起节点地址；

步骤S203：所述从节点收到主节点的信道抢占回应消息后，将该回应消息中的发起节点地址与本节点地址进行匹配，若匹配，则进入步骤S204；若不匹配，则所述从节点等待下一轮抢占；

步骤S204：所述从节点信道抢占成功，所述从节点向主节点发送入网请求报文，所述入网请求报文包括该从节点和已入网邻居节点的地址以及该从节点与邻居节点通信的信度值。

2.根据权利要求1所述的一种低压电力载波通讯网络优化方法，其特征在于，所述步骤S3之后还包括：

步骤S4：在所述主节点内部建立一个信度值表，储存各个从节点相互之间通信的信度值，所述从节点的信度值大小决定于该从节点与其邻居节点的信噪比。

3.根据权利要求1所述的一种低压电力载波通讯网络优化方法，其特征在于，所述步骤S3之后还包括：

步骤S5：在所述主节点内部建立一个路由表，用来保存当前***的路由信息；并根据所述信度值表中各个从节点相互之间的信度，计算出从所述主节点到各个节点的最优路径，并定时更新该路由表。

4.根据权利要求1所述的一种低压电力载波通讯网络优化方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括：

步骤S101：寻找所有直接可达的一级从节点，然后通过所述一级从节点作为中继寻找所有二级从节点，依此类推寻找到所有最后一级从节点；

步骤S102：所述主节点分别通过一级从节点作为中继下发组网命令，所述命令包括单个从节点进行信道抢占需要的时间以及未知节点数，该时间及范围根据未知节点数大小的变化而动态变化，在信道抢占需要的时间内等待接收所有节点的信道抢占消息。

5.根据权利要求1所述的一种低压电力载波通讯网络优化方法，其特征在于，所述步骤S204还包括：

所述从节点同时监听其他邻居从节点与主节点的组网通信，得到该从节点与邻居节点通信的信度值，并将该邻居节点信度值保存至存储空间。

6.根据权利要求1所述的一种低压电力载波通讯网络优化方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括：

步骤S301：所述主节点收到从节点的入网请求报文后，提取该从节点的地址及邻居信度信息，依此给该从节点被分配网络标识；

步骤S302：所述主节点发送入网应答报文，所述入网应答报文包括该从节点分配网络标识；

步骤S303：所述从节点收到所述入网应答报文后向所述主节点回应入网确认报文，所述入网确认报文包括该从节点被分配的网络标识；

步骤S304：所述从节点在空闲时刻监听其他从节点的入网确认报文，将监听到的入网确认报文中的网络标识作为自身的邻居节点网络标识，并将该邻居节点信息保存至存储空间。

7.根据权利要求2所述的一种低压电力载波通讯网络优化方法，其特征在于，所述步骤S4具体包括：

步骤S401：所述从节点空闲时间监听邻居节点的会话，根据该邻居节点和该从节点的信噪比来决定该从节点与邻居节点间信度值大小，并将具有最优信度值的邻居节点信息保存至存储空间；

步骤S402：所述从节点与主节点通信携带信度值信息，每个信度值信息包括所述从节点与周围多个邻居节点的信度；

步骤S403：在所述主节点内部建立一个信度值表，储存各个从节点相互之间通信的信度值，所述从节点的信度值大小决定于该从节点与其邻居节点的信噪比。

8.根据权利要求3所述的一种低压电力载波通讯网络优化方法，其特征在于，所述步骤S5具体包括：

步骤S501：在所述主节点内部建立一个路由表，用来保存当前***的路由信息；

步骤S502：所述主节点根据信度值表中的信度，计算出从主节点到各个从节点的最优路径，并定时更新路由表；

步骤S503：主节点通信时携带包括下行路由的消息，每到达一个从节点则将消息转发至路由中的下一个从节点，每个所述从节点向上一级父亲节点发送消息，即能够实现上行通信，并将上行路由保存在该从节点中；

步骤S504：当所述从节点根据主节点指定的路由进行上行通信失败，则从邻居表中查找层级最低且信度较好的邻居节点作为下一跳节点进行上行通信；

步骤S505：当所述主节点下行通信出现异常情况，则寻找断开的节点，并将其与父节点的信度降低一定比例，重新计算路由。